CO_(2)-水洗对准东高碱煤Na/Ca脱除性能的影响

煤炭是我国主要能源资源,而准东煤田作为我国最大的整装煤田,具有非常高的开发利用价值。但准东煤中Na、Ca等碱金属和碱土金属(AAEMs)含量较高,导致在工业生产中结渣沾污问题严重。为探究CO_(2)-水洗处理对准东高碱煤的脱碱效果及水洗过程溶液中Cl-/NO^(-)_(3)等阴离子的分布特性,进行水洗/CO_(2)-水洗准东煤脱碱实验。在水洗温度为20、40、60℃,水洗时间为2、5、8 h等不同水洗条件下,对水洗/CO_(2)-水洗准东煤Na/Ca和Cl-/NO^(-)_(3)的脱除性能进行对比分析,并对其他气体氛围下水洗准东煤脱除Na/Ca的可行性进行探讨。实验结果表明:随着水洗时间、温度及水煤液固质量比的增加,Na/Ca的脱除效率增加且增幅较大,滤液中Cl-/NO^(-)_(3)等阴离子浓度也有所增大。当水洗时间为5 h、水洗温度为60℃、液固比为50∶1、CO_(2)通入流量为100 mL/min时,Na/Ca的脱除效果达到较高水平,脱除效率分别可达73.8%和15.0%。Na/Ca的脱除效率与CO_(2)流量和CO_(2)/O_(2)混合气体中CO_(2)体积分数基本呈正相关,而CO_(2)流量对Cl-/NO^(-)_(3)的浸出也具有一定的抑制和促进作用,其中滤液中Cl-/NO^(-)_(3)质量浓度随CO_(2)流量变化有所波动,除物理上的鼓泡作用外,可能存在其他化学反应机理。在其他气体氛围(如N2氛围)下水洗准东煤,Na/Ca的脱除效果也有一定改善,但没有CO_(2)参与水洗的脱碱效果好。因此,将CO_(2)应用于水洗准东煤脱碱切实可行,并具有良好的应用前景,通过合理的工业流程改造,有望实现一定规模的工业化应用。

化学链燃烧中原位改性CaSO_(4)载氧体的反应性能

制备低成本且反应性能优良的载氧体是化学链技术进步的关键,CaSO_(4)作为载氧体携氧能力强、价格便宜,但其反应性能较弱。利用高碱准东煤作为燃料,CaSO_(4)作为载氧体在流化床中进行载氧体的制备,旨在使用煤灰及其碱金属元素对载氧体进行原位改性,并使用TG-MS(热重-质谱联用)对原位改性后的CaSO_(4)进行反应性能测试。结果表明,高碱准东煤灰在一定程度上对CaSO_(4)载氧体的反应性能有积极影响。当灰钙质量比为5%、还原温度900℃时,经原位改性的CaSO_(4)相比未原位改性的CaSO_(4)反应性能即CO_(2)的产量提高66%。使用EPR(电子顺磁共振光谱仪)、SEM(扫描电镜)进行表征测试,发现原位改性使得载氧体表面的氧空位数目增加,且原位改性后的CaSO_(4)表面出现多孔结构,气体反应时的扩散阻力减小,易于燃烧反应的进行,从而增加CO_(2)的产量。

高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性影响的量子化学与实验研究

采用量子化学理论计算与实验表征相结合的方法,研究了高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性及其熔融过程中矿物质演变规律的影响,并从矿物质微观结构特性角度阐述了高岭土对改变准东煤煤灰熔融特性的影响机制。结果表明,准东高碱煤煤灰熔融温度随高岭土的添加呈现先快速升高后逐渐变缓的趋势,当高岭土添加比例大于10%时,其提高煤灰熔融温度的趋势变缓;准东高碱煤添加高岭土后,其在1 000-1200℃下的低熔融矿物钙长石、硬石膏等量明显减少,1 200-1 300℃下有一定量的莫来石生成,是其煤灰熔点升高的主要原因;高岭石分子结构中的O(26)、O(22)、Si(6)、Si(8)的反应活性较高,能够与灰中的Fe^(2+)等金属离子成键,促使高岭石的铝氧键断裂。煤中的碱金属或碱土金属(Na或Ca)氧化物中的的O2-,作为亲核试剂,与高岭石的Si(6)和Si(8)发生亲核反应,使桥氧键S-O-Si断裂。

新疆高碱煤沾污结渣特性中试试验研究

为了深入研究新疆高碱煤沾污结渣特性,利用3 MW煤粉燃烧中试平台进行了典型新疆高碱煤燃烧过程中灰的生成及其沾污结渣特性研究。实验结果表明：在炉膛燃烧区域的渣样主要以含铁、钙矿物为主,如：磁铁矿（Fe3O4）、钙硅石（CaSiO_3）等;在高温对流受热面区域,由于煤中Na、K等碱金属的升华、冷凝作用以及沾污层与烟气中SO_2、飞灰颗粒之间的物理化学反应,其沾污层主要以熔点较低的无水石膏（CaSO_4）、无水芒硝（Na_2SO_4）以及Na-Al-Si和Ca-Al-Si的低温共熔体。这些低温共熔体在较低的温度下（850℃~1 150℃）具有较强的黏性,能够进一步捕捉烟气中的飞灰颗粒,加速沾污层厚度的增长,使得新疆高碱煤沾污层增长速度较其他易沾污煤要快得多。

高岭土对准东煤结渣特性影响试验研究

高岭土对防止准东煤结渣有一定的效果,但现有研究多是在实验室条件下进行的,与实际锅炉内应用环境差别较大。为研究高岭土在实际锅炉燃烧环境下对准东煤结渣的影响,本文在一台全烧准东煤的锅炉上,利用一根结渣探针伸入炉内模拟锅炉水冷壁,高岭土粉末由空气输送并喷射到探针表面以验证其防结渣效果。现场试验结果表明:高岭土防结渣效果与其自身组分直接相关,若高岭土中本身碱金属质量分数就偏高,则无法缓解准东煤的结渣。

100%全燃准东高碱煤的600 MW等级机组锅炉关键参数设计

准东高碱煤属于高全水分、中等热值、低灰分、特低~低有害元素含量(低磷、特低氯、特低氟、低砷含量)、易磨、极易着火和极易燃尽煤种,燃烧性能优良,但由于准东高碱煤煤灰中碱金属尤其是Na2O含量较高,具有严重结渣沾污倾向。本文以600 MW等级机组为例,对现役机组掺烧高碱煤运行性能进行分析,并参考现役350 MW全烧准东煤锅炉运行状况,对炉膛关键参数采取理论计算与实践经验数据相结合方式,提出了全燃准东高碱煤的660 MW机组锅炉炉膛、受热面、燃烧器、制粉系统、吹灰系统等的关键参数及系统设计布置,可为全燃准东高碱煤的600 MW等级机组锅炉设计提供借鉴。

添加剂对高碱煤灰渣流动特性及钠捕获效率的影响

为了给液态排渣锅炉安全燃烧准东高碱煤提供理论依据,在水平管式炉上利用刚玉斜坡对添加不同质量分数SiO2、CaO、Fe2O3和MgO的准东煤灰渣在空气气氛下的流动性能进行研究.利用XRF技术对煤灰渣的钠质量分数进行分析,并通过钠捕获效率来表征煤灰渣的固钠效果.研究表明:SiO2和Fe2O3能够促进准东煤灰熔融.当SiO2的质量分数为10%时,煤灰渣由结晶渣逐渐转变为玻璃体渣,流动性能大大提高;而CaO和MgO则会抑制煤灰熔融,导致流动性能降低.随着SiO2添加比例的增加,灰渣对钠的捕获效率逐渐升高,当SiO2的质量分数达10%时,钠捕获效率由原先的23%上升至30%;而随着Fe2O3添加比例的增加,钠捕获效率缓慢降低.因此,当SiO2的质量分数为10%时即可有效改善煤灰渣的流动性能,又能提高钠的捕获效率.

纯燃高碱煤660 MW机组防结渣沾污一体化设计

高碱煤属于极易着火、极易燃尽的优良动力煤,但具有严重结渣和沾污积灰特性,现役机组只能以一定的比例掺烧高碱煤,对高碱煤的适应能力有限。针对100%纯燃高碱煤的目标,提出了新建660 MW机组一体化设计思路,给出了关键的炉膛热负荷参数取值和合理的受热面布置方式、燃烧器设计、除灰渣设备、空气预热器型式等选取建议,以期为全燃高碱煤机组锅炉的整体设计提供参考。

燃用准东高碱煤锅炉防结渣研究

针对目前燃用准东高碱煤锅炉水冷壁、屏式过热器及水平烟道处结渣情况,本文分析了造成锅炉水冷壁、屏式过热器及水平烟道处结渣的主要原因,并从锅炉设计及运行两个角度提出了减缓甚至彻底避免水冷壁、屏式过热器及水平烟道处结渣的主要方法及措施,对于锅炉的设计运行有一定的指导意义。

准东高钠煤在液态排渣旋风炉上燃烧及沾污特性试验

准东煤易着火、易燃尽,是优良的动力用煤,但使用过程中沾污结渣问题严重。本文在液态排渣旋风炉上对准东煤进行燃烧试验,通过扫描电镜对灰渣样的显微形貌及成分进行研究,并分析其飞灰烧结强度。结果表明:准东煤在旋风炉上燃烧完全,且可以通过调整风量和配风方式来控制NOx生成;旋风炉内高温段形成的液渣中出现了Fe元素的富集、中低温段灰样中出现了Na、Ca、S元素的富集,旋风炉灰渣中均含有一定量的碱金属元素,液渣中碱金属元素质量分数低于原煤灰中,而灰样中的碱金属质量分数较高;旋风炉飞灰烧结强度高;低熔点组分的Na、Ca硅铝酸盐、硫酸盐是造成结渣沾污的重要因素。

300 MW循环流化床锅炉准东高碱煤掺烧高岭土运行特性研究

准东高碱煤具有灰分低、挥发分高、燃烧反应性好、结渣沾污性强等特点。向准东高碱煤中掺烧一定比例的高岭土,可起到减轻沾污的作用。为研究循环流化床(CFB)锅炉准东高碱煤掺烧高岭土实炉运行特性,在1台300 MW CFB锅炉上开展了高岭土实炉掺烧试验,获得了不同高岭土掺烧比例下锅炉主要运行参数、环保参数及飞灰特性。结果表明:当高岭土掺烧比例达到30%时,CFB锅炉燃用准东煤整体上能够稳定运行;当高岭土掺烧比例不超过25%时,锅炉效率变化较小;实际运行中掺烧高岭土可有效抑制尾部烟道的结渣沾污现象,当高岭土掺烧比例达到15%后,飞灰特性已经趋于稳定。

首台全燃准东高碱煤660 MW超超临界对冲燃烧锅炉的研发

介绍了首台全燃准东高碱煤660 MW超超临界对冲燃烧锅炉的研发情况,阐述了炉膛关键参数选择、受热面布置优化、燃烧器布置优化、吹灰器布置优化等技术。结果表明:锅炉投运后具有优良的高碱煤适应能力,并且准东高碱煤综合掺烧质量分数达到90%以上。

高碱煤燃烧结渣和沾污试验及锅炉针对性运行措施研究

锅炉燃煤过程中,煤的含钠量直接影响锅炉受热面的积灰特性。燃用高碱煤过程中,易导致锅炉产生黏结性积灰,给锅炉的正常运行带来安全隐患。为改善锅炉燃用高碱煤的积灰特性,东方锅炉依托国内最早投运的、兆瓦级工业性热态试验台,与国内知名高校和研究机构合作,针对高碱煤的燃烧特性展开研究,通过一系列试烧试验掌握了准东煤的燃烧特性和沾污结渣机理,得出了锅炉黏结性积灰防控方法,总结了燃烧高碱煤锅炉选型方法及针对性措施,现场应用效果良好。

准东煤燃烧颗粒表面温度测量试验研究

为探究准东煤在燃烧过程中颗粒表面温度及其燃烧特性,搭建燃烧煤粉颗粒测温系统,燃用准东煤、2种烟煤、褐煤,得到4种煤样颗粒表面温度随燃烧器喷口高度的变化曲线。结果表明:4种煤样颗粒表面温度曲线变化趋势相似;而准东煤的燃烧过程最为剧烈,火光最为明亮,对应颗粒表面温度最高,燃烧特性最好,说明灰分含量、碱及碱土金属含量是影响颗粒表面温度的重要因素。

新疆准东高碱煤流态化气化过程中碱金属的迁移特性

在0.25 t/d高碱煤热化学转化热态实验台上对不同气化温度下神华准东高碱煤中碱金属的迁移分配特性进行了实验研究.结果表明,煤中Na主要以水溶态形式存在,K主要以不溶态形式存在.在不同气化温度下,底渣中的Na含量总体上高于循环灰中,气化温度越高对飞灰中Na,K的迁移分配特性影响越显著,Na,K迁移特性差异明显.在850?1 000℃气化条件下,煤中86.7%?93.1%的Na冷凝富集于飞灰中,主要以Na Cl晶相形态存在.